生物電子顯微技術(shù) 1

1、實(shí)用生物電子顯微技術(shù),總學(xué)時(shí)數(shù)：32授課學(xué)時(shí)：22實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：10授課教師：范華聯(lián)系電話：6288312,緒　論,一、電子顯微鏡誕生的意義二、電鏡技術(shù)的概況　(一)儀器的進(jìn)步 　(二)樣品制備技術(shù)的發(fā)展 三、電鏡技術(shù)的應(yīng)用與未來　(一)電鏡技術(shù)的應(yīng)用 　(二)電鏡技術(shù)的未來,1.了解電子顯微鏡誕生的意義、及未來2.掌握電鏡技術(shù)的概況與應(yīng)用3.理解為什么光的波長成了光學(xué)顯微鏡 提高分辨率的不可逾越的障礙,教學(xué)目的

2、和要求,一、電子顯微鏡誕生的意義,1. 眼睛2. 光學(xué)顯微鏡3. 電子顯微鏡,1.眼睛,,2.光學(xué)顯微鏡,（1）1590年 荷蘭眼鏡制造商 J.Janssen和Z.Janssen父子 制作了第一臺(tái)復(fù)式顯微鏡， 盡管其放大倍數(shù)不超過10倍， 但具有劃時(shí)代的意義。,（2）1610年年意大利的物理 學(xué)家伽利略（Galileo） 創(chuàng)造出了具有目鏡、物 鏡和鏡筒的較為

3、復(fù)雜的 顯微鏡。,（3）1661年凱譜勒（Kepler）說明 了顯微鏡的光學(xué)原理。,（4）1665年英國人Robert Hook用自己設(shè)計(jì)與制造的 顯微鏡（放大倍數(shù)為40-140倍)觀察了軟木（櫟 樹皮)的薄片，第一次描述了植物細(xì)胞的構(gòu)造，并 首次用拉丁文cella（小室)這個(gè)詞來稱呼他所看 到的類似蜂巢的極小的封閉狀小室（實(shí)際上只是 觀察到到纖維質(zhì)的細(xì)胞壁)。然而這

4、一發(fā)現(xiàn)是一件 了不起的發(fā)現(xiàn)，這是人類有史以來第一次看到細(xì) 胞輪廓，是生物學(xué)上的一個(gè)飛躍，為研究生命的 本質(zhì)和生物科學(xué)奠定了基礎(chǔ)。,Robert Hook和他的顯微鏡,（5）17世紀(jì)末，荷蘭生物學(xué)家、顯微 鏡專家列文虎克（Leeuwenhoek） 設(shè)計(jì)創(chuàng)造的顯微鏡，其放大倍數(shù) 已達(dá)到270倍，通過這一裝置， 他看到了單細(xì)胞生物、狗和人的 精子、酵母菌、紅細(xì)胞……,他一生中制造的顯微鏡有40

5、0臺(tái)并且在顯微鏡的改進(jìn)方面作出了卓越的貢獻(xiàn)，后來被人們稱為“顯微鏡之父”。,（6）1752年英國望遠(yuǎn)鏡商人J. Dollond 發(fā)明消 色差顯微鏡。（7）1812年蘇格蘭人D. Brewster 發(fā)明油浸物鏡， 并改進(jìn)了體視顯微鏡。（8）1886年德國人Ernst Abbe 發(fā)明復(fù)消差顯微 鏡，并改進(jìn)了油浸物鏡，至此普通光學(xué)顯微 鏡技術(shù)基本成熟。（9）1932年荷蘭籍德國人F. Zernik

6、e成功設(shè)計(jì)了 相差顯微鏡（phasecontrast microscope) ， 并因此獲1953年諾貝爾物理獎(jiǎng)。,1738年的顯微鏡,1742年顯微鏡,1750年顯微鏡,1800年顯微鏡,1833年顯微鏡,1845年顯微鏡,1900年顯微鏡,1929年顯微鏡,1931年顯微鏡,1971年顯微鏡,3.電子顯微鏡,發(fā)展簡史,,（1）1924年，得布羅意（de Broglie）提出波粒二 象性假說（2）19

7、26年，布什（Busch）發(fā)現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)對(duì)稱，不均 勻的磁場可以聚焦電子束（3）1931年，柏林大學(xué)的克諾爾(Knoll)和盧斯卡 (Ruska)研制出第一臺(tái)電鏡（點(diǎn)分辨率達(dá)到50nm）（4）1939年，德國西門子公司生產(chǎn)出第一批商用透 射電鏡（點(diǎn)分辨率10nm）（5）1942年，英國劍橋大學(xué)研制成世界上第一臺(tái)掃描電 子顯微鏡,（6）1950年，開始生產(chǎn)高壓電鏡（點(diǎn)分辨率優(yōu)于 0.

8、3nm，晶格條紋分辨率優(yōu)于0.14nm）（7）1956年，門特(Menter)發(fā)明了多束電子成像方 法，開創(chuàng)了高分辨電子顯微術(shù) （8）1965年劍橋大學(xué)儀器公司生產(chǎn)出第一批商品掃描電鏡，分辨率50-100nm，最高放大倍數(shù)為1萬倍。,,我國的電鏡研制,1. 1959年中科院光學(xué)精密機(jī)械研究所、上海精密儀器廠等單位 首先研制成功我國第一臺(tái)透射電鏡（XD-100）；2. 1965年中科院科學(xué)儀器廠又研制成功D

9、X-3型透射電鏡；3. 1977上海新躍儀表廠設(shè)計(jì)制造出DXB2-12型透射電鏡。,,諾貝爾獎(jiǎng)：Ernst Ruska，Gerd Binnig和Heinrich Rohrer分別因?yàn)榘l(fā)明電子顯微鏡和掃描隧道顯微鏡而分享1986年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng),,世界上第一臺(tái)電子顯微鏡TEM,三、電鏡技術(shù)的概況,1.分辨率的提高,（一）儀器的進(jìn)步,第一臺(tái)電鏡：放大倍數(shù)12倍目前，電鏡的最佳晶格分辨率以達(dá)0.1nm， 點(diǎn)分

10、辨率已達(dá)0.2~0.3nm,2.電鏡功能的增加,,(二)樣品制備技術(shù)的發(fā)展,１.生物科學(xué)方面(1)細(xì)胞生物學(xué)的研究 用電鏡技術(shù)發(fā)現(xiàn)并揭示了細(xì)胞內(nèi)各種細(xì)胞器的超微結(jié)構(gòu)，特別是細(xì)胞骨架系統(tǒng)和生物膜的超微結(jié)構(gòu)促進(jìn)了對(duì)細(xì)胞的結(jié)構(gòu)及其功能的研究，如:細(xì)胞生理和生化、細(xì)胞通訊與運(yùn)輸、細(xì)胞分裂與分化、細(xì)胞增殖與調(diào)控等。,三、電鏡技術(shù)的應(yīng)用與未來,（一）電鏡技術(shù)的應(yīng)用,(2)分子生物學(xué)的研究 用電鏡技術(shù)揭示了核酸和蛋白質(zhì)大分子的超微

11、結(jié)構(gòu)，并對(duì)其進(jìn)行了亞顯微測量;還研究了染色體的超微結(jié)構(gòu)，拍攝了DNA轉(zhuǎn)錄mRNA的過程，觀察到了燈刷染色體、巨大多線染色體和在染色質(zhì)纖維上間隔排列的球形核小體，并研究了核小體的化學(xué)組成和分子結(jié)構(gòu)。另外，還進(jìn)行了核酸分子雜交和編接基因缺失的觀察與研究以及核糖體和蛋白質(zhì)合成機(jī)制的研究等。,(3)動(dòng)物學(xué)和植物學(xué)方面 用電鏡技術(shù)進(jìn)行了廣泛的細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)的研究，特別對(duì)動(dòng)植物的分類學(xué)研究作出了貢獻(xiàn)。(4)微生物學(xué)方面 用電鏡技術(shù)

12、揭示了病毒、細(xì)菌和支原體等的超微結(jié)構(gòu)，促進(jìn)了微生物發(fā)育史的研究，并發(fā)現(xiàn)了新的細(xì)菌、病毒和類病毒等。,(1)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)方面 電鏡技術(shù)為超微病理學(xué)的研究提供了先進(jìn)的手段，如:對(duì)病變細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)的研究，有助于探索病因和治療的機(jī)理。特別是高分辨力的電鏡更促進(jìn)了分子病理學(xué)的產(chǎn)生與發(fā)展;在中醫(yī)基礎(chǔ)理論的研究方面也獲得了廣泛的應(yīng)用，如針刺機(jī)理和中草藥藥理的研究等。,２.醫(yī)學(xué)科學(xué)方面,(2)臨床醫(yī)學(xué)方面 免疫電鏡技術(shù)為研

13、究疑難病癥的診斷與治療開辟了道路，如:對(duì)天花等病癥，用免疫電鏡技術(shù)可以在數(shù)分鐘內(nèi)作出明確的診斷;另外對(duì)病毒性肝炎、腎病、血液病和腫瘤的分類和診斷也顯示出了優(yōu)勢。,３.農(nóng)林科學(xué)方面 電鏡技術(shù)在植物保護(hù)、良種繁育、土壤改良、成分分析、品種的分類與鑒定和動(dòng)植物各種疾病的病因、診斷與防治方面的研究都獲得了快速進(jìn)展。４.材料科學(xué)方面 可用電鏡對(duì)各種非金屬和金屬材料的超微結(jié)構(gòu)感行鑒定和檢測，以及進(jìn)行新型材料的研制等。,１.縱向聯(lián)系

14、將不斷深入　　我們知道有多種類型的電鏡和眾多的樣品尉備方法，各有特長，且仍在不斷推陳出新。為了使研究結(jié)果更有說服力，現(xiàn)在趨向用不同的手段對(duì)同一種材料做多角度的觀察，并綜合分析各種資料，以便更全面、客觀和深入地進(jìn)行分析與研究。,(二)電鏡技術(shù)的未來,２.橫向聯(lián)系將不斷擴(kuò)展　　在電子顯微術(shù)不斷發(fā)展的同時(shí)，又涌現(xiàn)出許多種顯微技術(shù)和其它物理技術(shù)，它們都各有專長，如:掃描隧道顯微術(shù)、原子力顯微術(shù)、激光掃描共焦顯微術(shù)、掃描電-聲顯微術(shù)、免疫

15、熒光顯微術(shù)、順磁共振與核磁共振術(shù)、差示掃描量熱法、超離心技術(shù)和X-射線衍射術(shù)等。,３.儀器將繼續(xù)更新　　人類的想象能力和創(chuàng)造精神是無止境的，總要不斷地提出間題和解決間題，新的發(fā)現(xiàn)與發(fā)明仍將層出不窮，電鏡技術(shù)的未來難以預(yù)測。但一般來說，電鏡的操作將更多地依靠電腦調(diào)控，分辨力還要提高，一機(jī)多用的情況將更普遍，整體的構(gòu)造將更小巧和輕便。,４.電鏡樣品制備技術(shù)將繼續(xù)層出不窮　　在樣品的制備技術(shù)方面仍將不斷地推陳出新，去奮力探求生物分子結(jié)

16、構(gòu)及其功能之間的關(guān)系；或直接從原子水平研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)；或在進(jìn)行超微結(jié)構(gòu)觀察的同時(shí)進(jìn)行化學(xué)成分和元素的分析、分子結(jié)構(gòu)和原子結(jié)構(gòu)的分析、甚至化學(xué)價(jià)態(tài)的分析等。,總之，電鏡技術(shù)的應(yīng)用與未來前景無比廣闊，有許多新知識(shí)等待著人們?nèi)ヌ剿?，有許多新方法等待著人們?nèi)?chuàng)造，有許多新問題等待著人們?nèi)ソ鉀Q。長江后浪推前浪，總有一代新人會(huì)在電子顯微術(shù)的領(lǐng)域里努力探索，創(chuàng)造更美好的未來。,線粒體的TEM照片,管狀嵴線粒體,核被膜的TEM照片,異染色質(zhì)（核內(nèi)深染部